高科技在厦门某机械制造工艺中的应用(毕业论文)

1、高科技在厦门某机械制造工艺中的应用中文摘要摘要：摘要：机械制造工艺是各种机械制造方法和过程的总称。包含有激光技术、自动化控制技术、集成化、微纳化、自动化等领域。文章简述了:高科技的机械制造工艺 激光技术在机械制造工艺中的应用 自动化控制技术在机械制造工艺中的应用 机械制造工艺的未来发展趋势 微纳化发展趋势 自动化发展趋势关键词:机械工业；机械制造工艺；发展趋势；English AbstractAbstract: abstract: mechanical manufacturing process is all kinds of mechanical manufacturing methods

2、and the floorboard of the process. Contains a laser technology, automation control technology, integration, inicronano change, automation, etc. The article has summarized the: High-tech manufacturing processLaser technology in mechanical manufacturing technology of applicationAutomation control tech

3、nology in mechanical manufacturing technology of application Mechanical manufacturing process of the trend of future deveiopinentIntegrated deveiopment trendMicro-nano such devei op inent trendAutomation deveiopnlent trendKeywords: mechanical industry; Mechanical manufacturing process： Development t

4、endency;1.1机械制造业高技术工艺趋势1. 微型加工和纳米技术在具有高智能技术潜力但缺乏动力和原材料资源的国家中，政府对机械制造业领域的发 展战略是重点研制材料用量低、能耗低的小型高技术含量的工艺和设备。在具有这一特色 的国家中，瑞士和日本乂最具代表性，最著名的研究是在仪器仪表工业领域。日本不仅在微型技术和微型装备领域获得了巨大的研究成就，而且在开发纳米尺寸的技 术和装备方面同样卓有成效。考虑到这一新兴科学技术领域的要性和优先性，日本政府 制订了开发微型技术和微型装备的国家计划。在开发纳米技术和纳米装备中，实验物理学在控制超小颗粒达到纳米尺寸的经验被广泛 应用。因此，瑞士科学中心的专家

5、们乃至日本学者都在致力于研究能够完成超精密作业的 纳米机器人。美国、德国、英国和法国对机械制造业和仪表制造业这一领域的发展也给予 了高度重视。为了更合理地利用原材料和动力资源，为技术创新提供可行性，在制造复杂高技术产 品中，纳米加工技术将会蓬勃发展。2、三维实体合成技术近年自然科学对技术发展（包括对机械制造业的发展）的影响日显突出，这反映在生物力 学、仿生学及其他现代科学和技术的诞生。在材料加工技术中，这一影响表现在利用生物 实体生长的自然规律，形成了三维实体合成技术。利用这一最新科技成果使制造山传统的 “分层去除型”加工（即山毛坯到制成指定形状和尺寸的零件）变成“分层生长型”加工（即 直接制

6、成符合参数要求的成品）。尽管材料处理的放电方法、电化学方法可以在三维实体合 成技术中利用，但激光辐射在开发三维实体合成方法中起着特殊作用。根据工艺特点、激光辐射的利用方式以及生长实体材料种类的不同，将此类制造工艺冠 以下列名词：光学加工、快速原型成型、三维零件成型、固体自山加工、立体沉积加工、 分层实体制造、直接光加工.有选择性激光烧结。三维实体合成技术的基本原理源于快速原型制造的基本原理。快速原型制造的基本原理 是将CAD模型数据进行处理，沿某一方向进行平面“分层”离散化，然后通过专有的CAM 系统将材料一层层加丄，最后逐渐堆积生长成制件。快速原型制造的方法有很多，如三维 印刷、喷射粒子制造

7、等。三维实体合成技术的开发使得零件的制造可山零件各部分的数据特征（即釆用特征造型 技术）直接生成制件，这大大缩短了设汁制造周期，且在无需利用专业模具和装备条件下快 速（儿小时内）制造出复朵形状的零部件（或其模型、标准模原型）。利用该项技术还可制造各种塑料零部件、陶瓷零部件、密致板零部件、浸胶零部件、金 属板零部件、金属箔零部件等。近儿年在金属成型激光堆焊方面取得了重大突破，研制出 了三维金属实体“生长”技术。这一技术不仅可以设计制成品的形状、尺寸特征，而且可 以设计材料特征，且最终设讣零部件各截面特征。因这一技术应用的普遍特性，提出了新 概念一金属直接沉积。这一技术在制取复杂真空锻模、真空铸型

8、、真空压模，乃至维修 磨损设备用的真空模具方面极具前景。根据三维实体合成原理在研制产品模型（标准模原型）中提出了“生长型”分层实体制造 技术。用分层实体制造方法可直接代替木模，快速制造具有较好导热性能的塑料模具，实 现小批量塑料件的生产，或结合先进的消失模铸造工艺，实现小批量金属铸件的生产，用 于小批量生产注塑件，或与石膏型铸造和陶瓷型铸造结合起来，快速生产铝质、铜质、铁 质其至钢质模具。此外，还推出快速制模，其特点在于用快速原型技术与传统的模具制造 技术结合并相互补充，从而大大缩短模具的设计制造周期和降低模具制造成本，并可大大 提高模具的制造精度。一般来说，这种方法从模具的概念设计到制造出模

9、具仅需传统加工 方法所需时间的1/3、成本的1/4左有，而其精度却得到大幅度提高。随着产品形状复杂性的提高及其种类的增加，在产品生产批量缩小的情况下要满足市场 需求，改变产品的部分性能十分必要，三维产品合成技术的作用也将愈来愈重要。3、激光加工技术随着新型激光器的研制及激光辐射的各种应用，近年这一新兴科技领域的发展方兴未 艾，不断走向成熟和完善。激光技术的研究和应用也经历了儿代人的艰苦努力，因激光系统本身存在一定不足，如 输出功率低、耗电量大、需要配备专业的制冷系统、限制工艺设备大尺寸等。在最初的应 用中人们发现，山于材料本身特性的限制，激光器表现出一个明显的缺点，就是对温度特 别敏感，在室温

10、下工作很好的器件，温度较高时激光射出会明显减少，其至不能正常工作。为此，人们在使用激光器时一般要给它加上半导体热电制冷器，使其恒温工作，还要加 上监控输出光强的光电探测器和光控电路使激光输出功率稳定，这使得整个激光模块的成 本增加不少，体积和重量也相应增加，同时山于零部件较多，可鼎性也会受到影响。还应 注意到，山于半导体热电制冷器的耗电较大，一般要超过激光器本身的耗电，这使得整个 模块所消耗的电能也增加很多，为其供电的电源部分的体积和重量有可能超过激光模块本 身。随着信息量的增大，特别是光纤到户目标的提出，半导体激光器将直接面对数以亿讣的 个人用户。人们迫切希望发展出能在较宽的温度范W内正常工

11、作，无需热电制冷和光控电 路的半导体激光器，只有这样才能简化系统和降低成本，并保证所需的性能和足够的可鼎 性，迈出光纤到户的关键一步。有鉴于此，研制出了可用于固体功率激光器泵浦上的可 靠的半导体激光器，不仅使得锂铝石榴石激光器和固体Nd： YAG（掺钱一轮铝石榴石）激光 器的效率大大提高，而且简化了工艺设备结构。U前，研究人员乂在研制功率达儿百瓦的小尺寸阵列半导体激光器。另外，光纤激光器、 激元激光器、C02激光器也得到应用。有学者认为，激光加丄技术将成为21世纪最具发展 前景及最有效的加丄技术。目前已成熟的激光加工技术包括：激光快速成形技术、激光焊 接技术、激光打孔技术、激光切割技术、激光打

12、标技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻 技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光退火、激光热 处理和表面处理技术。U前激光技术和激光设备的应用与发展已涉及到汽车、航空、医学等多个领域。在汽车 制造业中，铝应用在不断扩大，如采用铝材料制造汽车壳体不仅可节省25%的材料费用， 而且会因重量减轻而节省燃料消耗，加上激光焊接能够连接汽车工业中较难焊的薄板合金 材料，如铝合金、钛合金等，因而铝板的激光裁切和激光焊接技术随之用于汽车制造业。 所以说，激光技术在当代汽车制造业中极具发展潜力。并将给汽车业带来巨大的经济效益。4、特种材料加工特种加工就是应用物理的（力、热.声、光、电）或化

13、学的方法，对具有特殊要求（如高 精度）或特殊加工对象（如难加工的材料、形状复杂或尺寸特别微小的材料、刚度极低的材 料）进行加工的手段。特种加丄与传统切削（或磨削）加工的区别在于应用加工的能量形式不 同。传统切削（或磨削）加工依黑机械能并通过刀具实现，而特种加工或者也用 机械能，或者干脆不用机械能，而用其他形式的能，且不一定要通过刀具来实现。近年特 种加工技术迅速发展并广泛应用在生产领域。电化学加工电化学加工已经成为航空航天工业中最磴要的加工手段之一，是解决用难 加工的耐热合金制造复杂型面零件最有效的方法。电化学加工方法的优点是生产效率高； 加工表面质量好：加工后无残余应力和变形；无冷硬层，无毛

14、刺和飞边。也正因如此，这 一方法有着广阔的应用和发展前景。电火花加工电火花加工是到U前为止最普及的特种加工方法之一，并因其特有的潜力 而获得了极大的发展。目前这一工艺技术已广泛用于加工淬火钢、不锈钢、模具钢、硬质 合金等难加工材料；用于加工模具等具有复杂表面和有特殊要求的零部件，在民用和国防 工业中获得愈来愈多的应用，S成为切削加工的重要补充和发展。5、生物技术U前生物技术已成为机械制造领域中不可缺少的重要技术。生物加工是一种利用细菌对 有机体进行侵蚀加丄的技术，在生物加工技术中，生物去除成形加丄和生物约束成形加工 是U前最前沿的研究课题。生物去除成形加工是近年来发展的一种生物电化学和机械微细

15、 加工的交义技术。生物去除成形加工主要研究氧化亚铁硫杆菌（T. ferrooxidans）对铁、铜等金属进行微 细生物加工。UfiU，在日本岗山大学特种加工实验室中，科研人员正在研究一种非同寻常 的加工金属材料的方法，该方法的实质在于利用一种特殊细菌细微地分解材料局部。在自 然界存在着一种微生物，它们可使无机物(如铁、硫)氧化从而获得其生存的能量来源， 这种细菌的特性是具有消化和腐蚀金属的能力。这种细菌有氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌 其腐蚀特征是造成金属构件的局部腐蚀。这种细菌具有很小的尺寸，其直径在0.5微微米, 长为1微微米，因此它可加工体积很小的需要去除的材料，微型加工和纳米加工正是利用

16、了这一优势。这种生物加工的优点还在于加工后无缺陷层和热力影响区。生物约束成形加工U前已实现了固嶷酵母菌和蜡状芽抱杆菌外表面的磁性金属化，构 造出了微米级空心球体和杆形体，并探索了磁性金属化菌体的操作方法。已建立了完善的 菌体磁性金属化工艺基础，并确立了向功能材料领域应用的发展U标。该项U的主要研究成果是：(1) 首次突破了微生物体金属化工艺，建立了一整套菌体化学镀工艺流程，得到了形态 规则的构形单体一金属化菌体；(2) 优选出了菌体磁性金属化镀液，制备出了磁性金属化菌体，并实现了磁场操作；(3) 提出了有效的菌体分散方法，得到了镀层均匀、相互分开、形态一致的金属化菌体。 与此同时，在实验研究中

17、还发现了影响材料去除过程功效的不同因素，使得加工过程的控制更有针对性。可以预见，这一生物加工技术在研制微型产品和纳米产品领域有着不可 限量的应用潜力。1-2激光技术在机械制造工艺中的应用自从20世纪60年代激光问世以来，激光技术作为一门高新技术，儿乎在各行各业都 获得了重要的应用。激光加工技术是指各种以高能密度激光束为手段，通过激光束与材料 之间的物理和化学等作用，实现改变物质形态或性质的先进材料加丄技术。激光加工涉及 激光物理、材料、电子、机械和丄程传热等多门学科，综合了激光、制造、控制和计算机 应用等多项技术，已成为多学科交义和多技术综合的一种典型的先进制造技术。激光加工 具有非接触、无污

18、染、热影响区域小、加工精度高以及可选区加工等特点，而且在特定的 加工情况下是其他制造方法不可替代的。因此，激光技术在许多行业中都得到了重要的应 用。农业机械山于其自身应用的特点和工作对象的复杂性，尤其是农机制造行业的设讣加 工手段比较落后，使其创新少，新产品开发周期长，成本高，制造质量比较粗糙，产品寿 命相对较短。为了大力提高农机的制造技术，并与其他机械制造业平行发展，必须加大激 光等先进制造技术在农业制造中的应用力度，提高农机制造企业的现代生产技术水平。1激光快速成型在农机制造中的应用快速成型技术就是直接根据CAD模型快速生产样件或零件的技术总称。它集成了 CAD 技术、数控技术.激光技术和

19、材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。 它能根据CAD模型(电子模型)自动、直接、快速、精确地将设il思想物化为具有一定功能 的原型或直接制造零件，在不用模具和工具的条件下生成儿乎任意复杂的零部件，解决了 从设计到制造的快速对接问题。因此，该技术可以对产品设计进行快速评价及修改，有效 地缩短了产品的研发周期，降低了开发成本，满足了当今竞争口益激烈的市场对新产品快 速开发和快速制造的要求，提高了产品的市场竞争力和企业的综合竞争能力。激光选区烧结是快速成型制造中的重要工艺方法之一。该技术采用逐层材料添加的原 理，对三维实体模型进行切片分区处理，生成激光烧结的扫描路径：然后，通过X-

20、Y激光 扫捕仪使激光束沿扫描路径扫描，逐层烧结同化同体粉末材料(如塑料粉、尼龙粉、蜡、陶 瓷或）、金属与粘结剂的混合粉或金属粉等，经过烧结与层层叠加后，最终形成所需的三维 工件。这种制造方法具有成型速度快、精度高、表面质量好、后置处理简单和省时等特点, 是一个具有生命力的技术，为制造技术的发展创造了一种新方法。农业机械生产过程具有特殊性。零件多具有较复杂的形状，如耕地机械、整地机械和 收获机械等。此外，复朵曲面较多，如犁体曲面、旋耕机旋刀、水泵叶轮和送料螺旋等， 而且根据具体的生产悄况不同，其形状还需相应调整。因此，利用传统的机械加工方法研 制这种农业机械零件，不仅研制开发时间长，加工工艺复杂

21、，而且很难达到理想的效果。 运用先进的激光快速成型集成技术，不仅大大缩短新产品的开发周期，降低开发成本，而 且制造质量也优于传统制造方法。2激光表面强化与热处理的应用激光表面强化与热处理技术是近20年来发展起来的一种新型材料表面处理技术。激光 表面强化技术的原理是利用激光穿透能力极强的特点，当把金属表面加热到仅低于熔点的 临界转变温度时，其表面迅速奥氏体化，然后急速自冷淬火，金属表面迅速被强化。激光 表面强化与热处理可以分为3类：一是激光照射时金属不熔化，只是组织发生变化，这类 工艺主要为激光相变硬化（激光淬火）：二是激光照射时金属熔化，冷却后组织发生变化或 加入其他元素改善表面性质，包括激光

22、熔凝、激光合金化、激光非晶化和微晶化等；三是 激光照射时金属表面发生汽化，从而发生组织变化，这类工艺主要为激光冲击硬化。上述 各种激光热处理工艺共同的理论S础是激光与物质的相互作用规律及其金属学行为。激光热处理是传统热处理技术的发展和补充，它可以解决其它表面处理方法无法解决 或不好解决的材料强化问题。经过激光处理后，铸层表层强度可达HRC60以上，中碳、高 碳钢以及合金钢的表层硬度可达HRC70以上，从而提高其抗磨损、抗疲劳.耐腐蚀和防氧 化等性能，延长其使用寿命。激光热处理在汽车行业应用极为广泛，在许多车关键件上（如缸体.缸套、曲轴、凸轮 轴、排气阀、阀座或活塞环等）儿乎都可以采HJ激光热处

23、理。同样，农用机车也应该广泛 使用。在农业生产中，机器的工作条件是多种多样的，有些机器（犁、中耕机、播种机和收 割机）直接在磨料介质中工作，使许多零件磨损很快。另一方面，为了获得足够的强度，机 器的材料用量较大，不仅浪费材料，而且显得笨重。对于此类零件，激光碾化处理后的硬 度比常规淬火硕度高5%-20%.激光合金化可以根据要求选择加入新材料，形成以基材 为基础的新合金层，以获得满意的性能。此外，山于处理后性能的提高，可以选用低性能 的基材，从而减少了基材的质量。3激光在农机零件修复中的应用激光熔覆（乂称激光包覆或激光熔敷）是一种新的表面改性技术，它通过在基材表面添 加熔覆材料，并利用高能密度的

24、激光束，使之与基材表面薄层一起熔凝，在基材表面形成 与冶金结合的填料熔覆层。由于激光熔覆可将高熔点的材料熔覆在低熔点的基材表面，而 且材料的成分亦不受通常的冶合金热力学条件的限制。因此，所采用熔覆材料的范圉相当 广泛，包括银基、钻基、铁基合金、碳化物复合合金材料以及陶瓷材料等。其中，合金材 料和碳化物复合材料的激光熔覆较为成熟，并已获得实际应用。由于激光束的高能密度所 产生的近似绝热的快速加热过程，使激光熔覆对基材的热影响较小，引起的变形也较小。 控制激光的输入能量还可以将基材的稀释作用限制在极低的程度（小于10%）,从而保持了 原熔覆材料的优异性能。因此，激光熔覆技术可以提高材料表面的耐磨与

25、耐蚀等性能，主要用于零件磨损后的 修复及增强新造零件的性能。对于重要零件（如农机中的汽缸套和活塞等），山于工作量大, 高温、高压、侵蚀以及不同程度的摩擦，其磨损量是很大的，零件需要定期报废和更换。 对于耕地机械、整地机械和收割机械（如犁、中耕机、播种机和收割机），作业时局部磨损 很快，零件报废是因为局部的损坏。为了提高零件的使用寿命，修复工作有着极大的意义。 激光加工具有选区作用的独特优点，而且激光熔覆可以方便地修复磨损部位，使零件不因 为局部损坏而报废，提高了零件的可鼎性和使用寿命，在投入费用最小的悄况下重新达到 更佳的性能要求“J。此外，用激光对模具进行修复，可以大大提高模具的寿命，乂不受

26、形 状和尺寸的限制，在农机制造中也应大力推广和采用。4激光技术在农机制造中应用的几点思考1）激光加工技术在多行业中已经大力推广，在农业机械制造中的应用也势在必行。但 对加工类型的选择及激光器的使用，要从基础做起，只有在充分掌握这种先进加工方法的 W况下，才能更好地改进传统工艺，发挥新技术的优势。激光加工技术集成了 CAD技术、 数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，技术涉及范围广。因此，农机企业在上 激光制造项U时，一定要分析企业自身条件和需求，向其它机械企业咨询，看准方向，找 到结合点，循序渐进，切忌所谓“一步到位S因为激光加工技术发展非常快，任何企业不 可能一步到位。2）激光加工技术

27、在农机制造中的应用在我国尚不普遍，主要是该行业对激光技术的应 用还存在不同程度的神秘感和偏见。刃外，对激光技术的宣传也不够，缺乏实践。因此， 农机企业应尽快引进吸收丄业生产中成熟的科研成果，利用好工业中已建立的多功能激光 加工中心，使其为更多的农机企业服务。3）近些年来，大功率激光器和辅助设备的制造技术日益提高，其基础理论及生产技术 13益成熟，与其他加工设备相比，大功率激光器的价格也不是很高。因此，激光加工技术 在农业机械制造中的应用具备了一定的外部条件。另外，随着农业丄业化的快速发展，农 业制造企业的实力明显增强，对产品质量的要求越来越高，为激光加工技术在农业机械制 造中的应用提供了内部动

28、力和条件。因此，U前激光加工技术在农业机械制造中的应用具 备了条件。可以预言，激光加工技术的引入必将大幅度提升农业机械的制造水平。13自动化控制技术在机械制造工艺中的应用当前，我国机械制造自动化技术正不断向着高度集成化、智能化，以及虚拟化 3方向发展，且自动化技术的应用与计算机辅助设计、集成制造、辅助管理等理念紧密联 系，为机械制造业将来的发展提供了完备的技术支持和保障。r 1集成化在机械制造中采用计算机集成技术，是21世纪机械制造企业的主要生产方式。信息自 动化集成系统作为一个山若干个相互关联的细分系统组成的整体，通常悄况下可将其划分 为工程设计信息分系统、自动化制造分系统，自动化管理信息分

29、系统，以及质量信息分系 统组成。1.2智能化智能化机械制造系统可以理解为曲智能化机械和机械工程专家共同组成的人机一体化 机械制造智能系统，该智能系统在机械生产制造过程中能进行相应的智能化人机交互活动, 如逻辑分析推理、命题判断、工艺构思等。在智能化系统中“机械智能”主要体现在该系 统具有ft好的工作界面，在生产制造过程中能够进行充分的人机交流互动。在机械设计和 生产过程中，采用模块化方法，使之具有较大的可协调性和适应性能；对于生产人员，智 能化制造强调安全和高效：对于企业或社会，提倡充分协作与合理竞争；对于环境，要求 作到无污染，节约能源和资源，以及对废品的充分回收利用。13虚拟化虚拟化制造技

30、术主要包含控制理论、计算机技术、多媒体技术、信息管理、人工智能、 以及现代制造工艺等新技术，并以计算机仿真模拟分析技术为基础，形成的一项山多学科 综合化的系统技术。机械制造中应用的虚拟制造技术，其利用计算机仿真技术和信息技术 对现实中的机械制造活动的全过程状态进行全面的仿真模拟分析，以提前获知实际制造过 程中可能出现的问题，在实际生产前以采取相应的技术预防措施，从而达到新产品的生产 制造一次性成功。虚拟化制造的应用，可有效降低生产成本、缩短产品开发周期，大幅增 强了企业在行业领域中的竞争力。14结论总体来说，只有将自动化技术.现代信息技术、系统工程技术、数据库管理技术和传 统的制造技术进行有机

31、融合，才是机械制造业在今后的发展方向，即在机械制造中实现全 面的自动化：另一方面，机械制造中应用的自动化技术，其系统必须是充分开放和可控的4 ,应能够随时根据生产状况的变化实时获取信息并进行必要的分析处理以及调整控制, 确保机械生产的整条流水线持续正常运转。14机械制造工艺的未来发展趋势机械制造技术是研究产品设计、制造、使用及维护、保养乃至回收再利用的整个过程 的系统学科，是以提髙质量、效益、竞争力为U标，包含物质流、信息流和能量流的完整 的系统工程。随着社会的发展，人们对产品的要求也发生了很大的变化，要求品种多样、 更新、快捷、质量高档、使用方便、价格合理、外观美观、自动化程度高、售后服务好

32、。要满足人们越来越高的要求，就必须采用先进的机械制造技术。一、我国先进机械制造技术的发展趋势1全球一体化特别是加入世界贸易组织后，国际和国内市场上的竞争越来越激烈，例如在机械制造 业中，国内外已有不少企业，其至是知名度很宙i的企业，在这种无悄的竞争中纷纷落败, 有的倒闭，有的被兼并。不少企业暂时还在国内市场上占有份额的企业，不得不扩展新的 市场；另一方面，网络通信技术的快速发展推动了企业向着既竞争乂合作的方向发展，这 种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原因的相互作用，已成为全球一体化制造 企业发展的动力。2信息化信息通讯技术的迅速发展和普及，给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产

33、 品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。3模拟化制造过程中的模拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺.保证产品质量、生产周期和最低成本 为U标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计和产品工艺的合理 性，保证产品制造的成功和生产周期，发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。4自动化自动化是一个动态概念，U前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和适应现代 化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术的发展趋势是制造全球化、制造敬捷化、 制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。

34、5绿色化绿色制造则通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包 装、绿色管理等生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用 绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响。同时使原材料和能源的利用效率达到二结语我国正处于经济发展的关键时期，制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进制造技 术的世界潮流，将其放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，才能尽快缩小与发达 国家的差距，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。1.5微纳化发展趋势微纳技术包含微米/纳米材料与结构、微米/纳米电子器件与加工测量技术，以及微/ 纳机电系统。微电子机械系统（MEMS）指可批量

35、制作、集微型结构、微型传感器、微型执 行器及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等成为一体的微型器件或系统；而纳 电子机械系统（NEMS）是上世纪90年代末提出的新概念，是继MEMS后在系统特征尺寸和 效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电一体化系统，一般指特征尺寸在亚纳米到数白 纳米，以纳米级结构所产生的新效应（量子效应、界面效应和纳米尺度效应）为工作特征 的器件和系统。图1给出了传统机械、MEMS和NEMS的特征尺度，以及相应的理论问题。 我国钱学森院士指出：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的热点，会是 一次技术革命，从而将是21世纪的乂一次产业革命。”据第三世界科学院在

36、2005年发表 的报告显示1,美国、日本和欧盟这三大经济实体il划在2005-2008年度对纳米科技的投 入分别达37亿、30亿和17亿美元以上，研究项U覆盖能源、药物、微电子工业、材料、 环保等众多领域。据美国国家科学基金会预测，未来15年、20年，全球纳米技术市场规模 将达到每年1万亿美元左右。欧洲联盟委员会在一项研究报告中说，未来10年纳米技术的 开发将成为仅次于芯片制造的世界第二产业。到2010年纳米技术市场的价值刊物达400 亿英镑。在充满生机的21世纪，信息技术、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防 的高速发展，必然对材料和器件提出新的需求，器件小型化、智能化、高集成、商密度和

37、 信息超快传输成为未来发展的方向。新材料和新产品的创新是未来10年对社会发展、经济 振兴、国力增强最具有影响力的战略研究领域，其中微纳技术将起着关键的作用我国对微纳技术一开始就很重视，2001年由科技部、国家计委、教育部、中国科学院 和国家自然科学基金会联合成立了了全国纳米科技指导协调委员会，统筹规划全国的纳米 研究方向。在2006年国务院制订的2006-2020年国家中长期科学和技术发展规划中将 纳米科学列入这段时期内基础科学研究的四个主要方向之一。自1986年国家自然科学基金 开始资助第一个MEMS项U以来，至今已资助微传感器、纳传感器、微光学、微光开关、微 加速度计、微陀螺、微气体与生化

38、传感器、微能源等有关项U共852项，学科主要分布在 化学.生命、工程和信息，总经费18562万元。在“十五”期间，我国纳米科学技术的研 发取得了长足的进步，与纳米科技有关的论文数以年均30%左右的速度增长，在纳米材料 和器件制备和性能研究中也取得了诸多突破性进展，例如：中科院物理所解思深院士等发 明了一种将纳米催化剂担载在多孔二氧化硅衬底的微孔中以控制多层碳管直径和取向的模 板生长方法。清华大学范守善院士等在国际上首次成功制备出直径为3-40纳米、长度达微 米级的发蓝光的氮化稼一维纳米棒。中科院金属所在世界上首次发现纳米金属奇异的 超塑延展性一纳米铜在室温下冷轧可延50多倍。中科院物理所报道了

39、可在室温下工作的单 电子原型器件。中科院半导体所先后研制出了量子阱红外探测器（13-15微米）和半导体 量子点激光器（0. 7-2.0微米）。2000-2006年世界各国纳米技术发明专利申请数量我国已经在美.日之后排名第三。2002年美国国家科学基金会和美国商务部共同提出的长达468页的会聚技术报告（Roco and Bainbrige, 2002）认为，科学的发展进入一个分水岭，如果科学要继续向询,就必须从泾消分明的专业化分丄走向统一。新的科技复兴必须能预见技术可能性和聚焦到 人整体的科学技术发展观。展望未来，微纳技术在本身获得快速发展的同时，有望与生物 技术、信息技术、认知科学协同和融合形

40、成NBIC会聚技术。未来20年，科学和技术的大 统一将在以下四个关键方面产生结果：各项技术的融合是以纳米尺度上的材料统一为基 础和以这个尺度上技术集成为基础;在科学与技术分离的学科交汇处发生了革命性进展, 这些进展可以变为关键NBIC （其简化的英文联式为Nano-Bio-Info-Cogno）会聚技术的转 型工具，包括科学仪器、分析方法和新材料系统；NBIC会聚技术领域结合的系统方法.数学和算使人们笫一次了解自然界和认知科学的复杂而层次分明的系统。为了在主要方向获得最大协同，这个复杂系统方法可以应用于具体问题的研究，也可以应用于研究事业 的总体组织，体现了全面的认识集成的机会；在这个技术取得

41、成就的特别历史时刻，提 升人类能力成为可能。NBIC会聚技术能通过可持续地加强人类精神、体能和社会能力而给 我们提供成功应对社会、政治和经济冲突的方法。“XBIC会聚技术”的概念是指纳米科技、生物技术、信息技术、认知科学一当前迅速发展的四个科技领域的协同和融合。四大技术的融合将缔造全新的研究思路和经济模式, 将大大提高社会的创新能力和社会生产力水平，从而增强国家的竞争力。在人口、资源开 发和潜在的社会冲突不断增加的今天，技术优势是经济繁荣和国家安全的基础。会聚技术 的影响将是深远和全方位的，其迅速发展有望提面整个国家的生产力水平，具体表现为: 促进工作效率和学习；提升个人的感知和认知能力；促使

42、医疗保健变革；提高个 人和群体效率，促成尚效通信技术，包括大脑之间的交互作用；完美的人机界面，包 括用于工业和个人的神经形态工程学；增强人类的防卫能力；运用NBIC L具达到可持续发展；改善老年人常见的体质和认知能力下降状况。NBIC会聚技术代表着世界科学硏究与开发的最新前沿领域，会聚技术将实现21世纪 科学技术新的复兴，其发展将显著改善人类的生命质量，提升和扩展人的技能（图9）。 NBIC会聚技术将给我们带来新的科技发展观，一种大统一、大科学、以人为本的整体发展 观念。这种发展观将以学科的融合为基础，通过技术会聚，以人类和社会可持续发展为U 的，实现人类自身和社会的进步。NBIC会聚技术给我

43、们描绘了这样一个前景：人类将在纳 米物质层巫新认识和改造世界以及人类自身，人类将可以以原子或分子为起点来诊断和修 复自身与世界。人类将拥有大量低成本的各种传感器网络和实时信息系统，机器人和软件 将实现个性化，智能材料和智能系统将普遍用于工厂、家庭和个人，国家将拥有先进的数 据网络和安全的悄报系统。社会群体可有效地改善合作效能，社会可大幅度地减少资源与 能源的消耗，减少对生态环境的破坏和污染。美国在提升人类能力的会聚技术报告中 指出，XBIC有关领域的a大突破将在今后1020年内实现。“XBIC会聚技术”为未来的发 展提供了巨大的机遇，不断创造出新的产业、新的市场、新的文化、新的进步，它第一次

44、使人类能够将自然界、人类社会和科学研究理解为儿个紧密相连、复杂而乂层次分明的系 统。在技术不断进步的同时，通过技术整合进而提高人类能力成为可能，长此以往，人类 有望进入一个创新与繁荣的时代。16自动化发展趋势随着国家经济建设的快速发展，我国制造业高速发展，拉动了制造业中应用自动化 技术的需求，我国的机械自动化与仪器仪表产业的发展日新月异，然而与国际先进水平和产 业规模相比差距还是很大。机械自动化，主要指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工 对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程，加快生产投入物的加工变换和流动速 度机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和

45、技术发 展的主要方向机械自动化的技术水准，不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各 部门的技术进步有很大的直接影响。如何发展我国的机械自动化技术，应实事求是，一切从 我国的具体国悄出发，做好各项基础工作，走中国的机械自动化技术发展之路。1结合生产实际，注重实用发展机械自动化技术。先进制造技术的全部真谛在于应用。发展机械自动化技术，应以企业的生产和发展的 实际需要及具体条件为导向。只有对合适的产品釆用与之相适应的自动化方武进行生产， 才能收到&好的技术经济效益和社会经济效益。我国发展机械自动化技术，应结合实际，注 重实用，即对国民经济产生实际效益。2发展投资少、见效快的低成本自动化技术。发

46、展低成本自动化技术,潜力大，前景广，投资省,见效快，提商自动化程度，可以收到事半功 倍的经济效果，适合我国现阶段的发展需要和国悄。20世纪90年代美国麻省理工学院提出 的精节生产LP( Lean P reduction)模式，就是以最小的投入，取得最大的产出的具体表现。 借鉴国外发展机械制造业低成本自动化技术的经验是有益的。我国机械制造业各企业有大 量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，应以原有的设备为主，合理调整机床布局， 添加少量的数控设备，引入CAD/CAM技术，充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性, 共同构成一个以人为中心，以信息自动化为先导树立自主的单元化生产系统,为我国机

47、械制 造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益髙、符合我国国请的机械自动 化技术发展应用新途径。通用机的局部自动化改装有重要意义。近期内我国对成本低、维 修方便的通用机的需要量还是不会急剧下降的，因为有广大的乡镇企业市场，有小工厂、试 验室、大型企业的工具车间等。3结合中国国情发展现代机械自动化技术。实现机械自动化是一个由低级到高级、山简单到复杂、山不完善到完善的发展过程。当机 械的操作采用自动控制器后，生产方武才从机械化逐步过渡到机械控制(传统)自动化、数 字控制自动化、il算机控制自动化。只有建立了自动化工厂后，生产过程才能全盘自动化， 才能使生产率全面提高，达到自动化的高级理想阶段。中国实现机械自动化技术应是一个 长期的过程，不可能一蹴而就。当前，中国机械制造业同世界先进水准也存在阶段性差距。 在我国这种国悄下，普遍发展应用计算机集成制造系统的全盘自动化或高度自动化，并不 具备必要的基础技术、经验和投资能力。因此，要不要普遍发展全盘自动化或高度自动化 CIMS技术，一定要慎重行事。而且全盘自动化或高度自动化的CIMS技术也并非我国机械制 造业的当务之急，只能列为机械制造自动化技术的主要发展方向。应该发展工艺成熟的大批 量生产的自动化技术。我国现阶段，在产品数量较大的同类产品连续流水作业的切削加工生 产中，